硬質(zhì)合金表面TiAlN納米多層膜的制備及性能研究.pdf

1、利用磁控濺射技術(shù)，通過調(diào)整工藝參數(shù)：氮?dú)饬髁?、基體偏壓、濺射功率、沉積溫度、調(diào)制周期以及調(diào)制比，在硬質(zhì)合金基體表面制備一系列TiAlN納米多層膜，綜合利用納米壓痕、X射線衍射、掃描電子顯微鏡、熱重分析、電化學(xué)腐蝕等技術(shù)手段對TiAlN納米多層膜進(jìn)行結(jié)構(gòu)和性能表征，研究了磁控濺射工藝對納米多層膜結(jié)構(gòu)和性能的影響，探討了納米多層膜結(jié)構(gòu)與性能之間的影響機(jī)制，獲得了具有超硬性以及優(yōu)良的耐磨、抗高溫和耐腐蝕性能薄膜的制備工藝，為硬質(zhì)合金基體材質(zhì)的

2、表面改性，特別是刀具表面超硬涂層的獲得提供了有益參考。主要研究結(jié)果如下：
　　（1）影響TiN薄膜與硬質(zhì)合金基體結(jié)合力以及其本身硬度的影響因素中，影響權(quán)重依次為：R偏壓>R氮流量>R功率>R溫度，隨著基體偏壓的增加，薄膜的硬度升高但與基體的結(jié)合強(qiáng)度降低；綜合考慮硬度和結(jié)合力，選擇偏壓-150V、氮流量35sccm、沉積溫度150℃以及Ti靶功率1000W作為制備TiN過渡層的工藝參數(shù)。
　?。?）TiN/AlN納米多層膜的硬

3、度與氮流量之間存在一定的關(guān)聯(lián)，但并未表現(xiàn)出一定的規(guī)律性，當(dāng)?shù)髁繛?5sccm時，薄膜表現(xiàn)出較高的硬度，達(dá)到2900HV；表面形貌在氮流量為25sccm與35sccm時較為平整。
　　（3）隨著偏壓的增大，TiN/AlN納米多層膜的硬度先增加后降低，在偏壓為-100V時，薄膜表現(xiàn)出較高的硬度值，達(dá)到2800HV，且表面形貌最優(yōu)。
　?。?）不同調(diào)制周期的TiN/AlN納米多層膜中均僅存在立方結(jié)構(gòu)的TiN和AlN相；調(diào)制周期與

4、TiN/AlN納米多層膜的硬度之間表現(xiàn)出顯著的關(guān)聯(lián)性，當(dāng)且僅當(dāng)調(diào)制周期厚度在5~7nm范圍內(nèi)時，薄膜表現(xiàn)出顯著的超硬特性，當(dāng)調(diào)制周期為5.6nm時薄膜的顯微硬度均值達(dá)到35GPa，同時表現(xiàn)出最好的抗腐蝕性能；納米多層薄膜的耐磨性和耐高溫氧化性隨調(diào)制周期的減小（周期數(shù)與界面數(shù)量的增加）而單調(diào)升高，調(diào)制周期為3.6nm的薄膜耐磨性和耐高溫氧化性能最優(yōu)。
　?。?）調(diào)制比的變化造成了TiN/AlN納米多層膜中晶體結(jié)構(gòu)的差異，當(dāng)調(diào)制比為1